Основы проектирования операционных систем

 

Формализация операционной системы. Различают искусственные, созданные для достижения только конкретных целей (целенаправленные) и естественные (нецеленаправленные) системы. В практической деятельности операционный менеджмент использует только целенаправленные системы. В зависимости от целей анализа и уровня абстрагирования известны различные подходы к формализации систем. В данный момент наиболее общим и достаточно обоснованным является теоретически - множественное описание системы. Он состоит в том, что в процессе исследования связей конкретных системы их подразделяют на внешние (→) и внутренние (↔). Внешние связи - это те, которые выходят за рамки системы, а внутренние связаны с подчинёнными подсистемами , элементами Міп или возникающие между ними. На внутреннесистемном уровне каждая связь между элементами системы является входом для одного из них и выходом - для другого.

В общем виде понятие «система» можно определить как упорядоченную массу элементов R, связей между ними R и свойств Р.

,

где (Мs, Rs, Ps) - среднее значение указанных случайных элементов.

Индекс s обозначает, что элементы, связи между ними и свойства элементов характерны только для конкретной проектируемой или исследуемой системы S.

При такой формализации системы допускается, что бесконечное число свойств Р, которые приобрела система, задаётся или формируется внешней средой (метасистемой). Метасистема - это совокупность внешних элементов, которые потенциально могут влиять на состояние общей системы во временном масштабе.

Границы системы определяются в зависимости от степени взаимной адаптации и направленности объектов (подсистем, звеньев): очень высокой степенью взаимной адаптации компонентов - объектов внутри системы, и существенно более низкой - между компонентами системы и внутренней средой - объектами её окружения.

Наиболее важными качествами и свойствами систем являются функциональные и структурные. Функциональные качества системы - это характеристики процессов взаимной адаптации системы с внешней средой. Структурные качества - это характеристики процессов взаимной адаптации внутренних компонентов системы между собой. Последние достигают высоких значений при создании оптимальной структуры системы.

Структура системы - это отображение определённой закономерности процесса взаимной адаптации её внутренних компонентов.. Структура системы чаще всего организована по иерархическому принципу. В данном случае имеет место подчиненность, в которой системы ранжированы по уровням субординации и могут только взаимодействовать одна с другой, не включая низовые позиции в состав высших структур. Поэтому, в процессе проектирования, модернизации системы операционный менеджер пользуется принципом «от простого к сложному», придерживаясь принципов и правил иерархии композиции.

Иерархия - это определённый порядок, который устанавливает в системе различные уровни и ранги подсистем и их элементов.

Композиция - это объединение элементов, подсистем таких уровней и рангов в целостность, т.е. в систему.

Любую систему можно представить N -уровневой иерархической структурной типа «дерева»: система - подсистема - элементы.

Общий критерий оптимального проектирования операционных систем. Целью проектирования любой операционной системы является максимизация эффективности, т.е. получения максимального эффекта от использования системы на единицу затраченных ресурсов. Эффект для операционной системы - это степень достижения поставленных перед системой целей, в качестве которых может выступить ряд необходимых свойств.

На абстрактном уровне существуют определённые (заданные) общения оценки эффекта операционной системы Е и ресурсозатрат (их стоимости) С.

где ФЕ, ФС - операторы выборки, идентификация которых является основной проблемой многокритериальной оценки.

Определив обобщающие оценки Е и С операционной системы, можно считать, что её эффект в общем случае является возрастающая функция её стоимости

,

где F - оператор превращений.

Данная функциональная зависимость показывает, что количественные и качественные характеристики операционной системы зависят от вида оператора превращения F, что определяется допустимыми множителями функциональных элементов, принципов построения, структур и технологий функционирования системы.

При условии твёрдого фиксирования оператора F выше приведённая зависимость будет интерпретирована S - образной кривой.

Данный график обозначает, что для каждой конкретной операционной системы существуют ограничения на потенциально возможный эффект. Таким образом, последний можно максимизировать двумя способами:

значительным вводом объёмов ресурса в систему;

оптимизацией оператора превращения входящих в систему ресурсов, при этом данный процесс является продолжительным и трудоёмким.

Если операционная система строится на улови достаточности ресурсов, то теоретически можно прогнозировать возможность неограниченного роста эффекта. Но и в этом случае перед операционным менеджером будет стоять задача оптимизации эффективности решений по критерию «Эффект - стоимость».

Типология операционных систем. Типология - это классификация объектов по общности признаков. Типология систем даёт следующие возможности для исследователя: получить систематизированную информацию, оценить исходящие параметры.

Получить характеристику с организационной точки зрения, которую можно будет использовать для осуществления возможных трансформационных изменений в структуре.

Проектируемые, созданные и эксплуатируемые в данное время операционные системы, относящиеся к различным сферам человеческой деятельности, характеризуются сложностью и количественного и качественного аспектов. Для упрощения изучения операционных систем необходимо иметь их развёрнутую классификацию, основное в которых - это упрощения процесса исследования, определения существенных ограничений на функционирование и создание критериев организации операции.

Классификация операционных систем должна формировать ряд конкретных практических требований и условий управления операциями, исходя из: рационального объёма управленческих задач, их сложности и обязательных требований к квалификации и опыту менеджеров. Поэтому в основу классификации операционных систем должны быть включены характеристика операционной среды (внешняя и внутренняя) и характер взаимосвязи операционной системы со средой.

В соответствии с этими требованиями операционные системы классифицируют по следующим признакам: по природе действия, по уровню неопределённости внешней среды, по структуре, по масштабу, по степени сложности, по степени детерминированности, по характеру развития во времени, по информационному обеспечению.

Классификация «по природе действия»

По природе или типу среды различают: промышленные, технические, информационные, вычислительные, финансовые, образовательные, транспортные, проектные, научно - исследовательские операционные системы.

Промышленные ОС охватывают любые предприятия по выпуску продукции и оказания услуг. В этой системе, созданной на основании рационального разделения труда и соединения во времени и пространстве предметов, средств реализуется операционная функция, т.е. действия по преобразованию входящих материалов в товары и услуги.

Такого рода операционные системы складываются из 3-х подсистем:

перерабатывающей, которая работает производительно и непосредственно связана с преобразованием входящих величин в выходящие результаты;

обеспечивающей, с функциями удовлетворения перерабатывающей подсистемы и не связанной непосредственно с производством товары или услуги;

планирования и контроля, что получает информацию из внешней и внутренней о состоянии перерабатывающей подсистемы и подсистемы обеспечения для обработки последней с целью принятия решения о том, как должна работать перерабатывающая подсистема..

Приведённые подсистемы свойственны практически каждому типу рассматриваемых операционных систем.

Техническая операционная система - это система, которая складывается из комплектующих частей, соединённых между собой, и предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций: производства конкретно вида продукции с возможным удовлетворением конкретных потребностей потребителя.

Информационная операционная система - это система, которая складывается из подсистем и элементов, предназначенная для сбора, переработки информации и выдачи её в свёрнутом виде для принятия решений.

Классификация по «уровню неопределённости среды». Важная характеристика среды, которая имеет непосредственное отношение к управлению операциями - это её неопределённость. По уровню допустимой неопределённости операционные системы условно делят на: жёсткие (в определённой степени - однозначные) и много вариантные гибкие системы.

Жёсткие системы требуют однозначного соответствия процессов и продуктов. Список необходимых ресурсов является конечным и завершённым. Такие технологии способствуют обеспечению более высокой текущей эффективности, в то же время они уязвимы относительно показателей внешней среды.

Запас прочности операционной системы всегда представляет собой разность между расчётной и текущей эффективностью. Система, способная противостоять неблагоприятным изменениям среды, включает и такие функции, которые в текущем режиме не работают вообще, или работают неэффективно. Их задача - включиться в работу в случае существенных изменений, когда некоторые из функций становятся неэффективными, лишними или вредными.

Многовариантный тип операционной системы допускает наличие нескольких альтернативных вариантов выходящих ресурсов и основных технологий. Характеристикой взаимодействия с внешней средой может служить понятие единства, которое предусматривает существенную дифференциацию связей и функций по уровню их текущей необходимости и эффективности.

Эти два типа операционных систем принято называть однородными и гетерогенными.

Характеристика однородных систем важна в двух аспектах:

- можно быстро и эффективно формировать операционную систему для простых и однозначных операционных ситуаций;

- способна служить основанием для выполнения анализа и решения задач упрощения любых операционных систем.

Подход решения проблем текущей эффективности с позиции однородных твёрдых систем является универсальным управленческим подходом.

На коротких временных интервалах, когда можно говорить о неизменности параметров, повышение текущей эффективности, благодаря упрощению операционной системы, является одним из надёжных и доступных методов.

Один из методов упрощения ОС - отбрасывание вариантов, складывается из следующих этапов:

1) из многообразия ресурсных комбинаций выбирается самый доступный и дешёвый;

2) из вариантов технологических решений принимается решение, которое оптимально взаимоувязано с данными ресурсами;

3) определяется модель взаимосвязи процессов и продуктов, которая является менее вариативной.

Определение типа системы - это управленческая задача, которую необходимо периодически повторять. Если текущая эффективность однородной системы начала снижаться, необходимо ещё раз убедиться в том, что система всё ещё однородна.

Главным признаком гетерогенных систем является наличие нескольких основных технологий, наборов ресурсов для данной технологии, несколько вариантов взаимодействия продуктов и процессов. Основой таких ОС является:

- многовариантность продукта и его характеристик;

- многовариантность технологических процессов.

Количественные отличия гетерогенных ОС от однородных дают возможность получения руководителем негативных критериев формирования гетерогенной ОС. Данные негативные критерии построения гетерогенной ОС дают возможность получить имитационную модель системы и потом на её основе осуществить формирование реальной системы.

В общем виде гетерогенные ОС преобладают на длительных операционных интервалах, когда очень велика вероятность изменения существенных параметров. В идеале менеджер должен стремиться к построению гетерогенных операционных систем, но помнить, что это влечёт большие затраты.

Управленческие преимущества гетерогенных операционных систем:

- у таких систем более широкая амплитуда реакции;

- реакция этой системы на изменения среды является специализированной и значит, более адекватной.

Существует возможность эффективно ассимилировать принципиально новые возможности и ресурсы.

Гетерогенная ОС, оставаясь в рамках операционной системы, допускает выход на уровень инновационных решений.

Гетерогенные ОС не просто допускают существенные инновации, а являются необходимым управленческим инструментом реальных инновационных процессов.

Общая классификация операционных систем, их характерные черты

КЛАССИФИКАЦИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

ПРИЗНАК	ТИП ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
Тип среды	Промышленные Технические Информационные Вычислительные Финансовые Образовательные Транспортные
Уровень неопределённости среды	Твёрдые                         Однородные Разнообразные             Гетерогенные
Структура	Радиальные Радиально - узловые Дерево подобные
Масштабность	Сублокальные (1 - 3 переменных) Локальные (4 - 14 переменных) Субглобальные (15 - 35 переменных) Глобальные (36 - 100 переменных) Суперглобальные (свыше 100 переменных)
Степень детерминированности	Детерминированные Стохастичные Смешанные
Степень сложности	Слишком простые (осуществление взаимосвязи) Простые (наличие парных взаимосвязей) Сложные (наличие взаимосвязи и взаимовлияния) Суперсложные (необходимость учёта взаимосвязи)
Характер развития во временном масштабе	Дискретные Апериодичные Периодичные Непрерывные
Информационная обеспеченность	С полным количественным обеспечением С полным количественным обеспечением С наличием качественной информации

 

Операционные системы чаще всего относятся к категории сложных и имеют характерные особенности:

1. Операционные системы, в первую очередь - промышленные, финансовые, образовательные, технические, транспортные, складываются из большого количества подсистем и элементов. Вместе с тем каждая из них является единой системой, которая складывается из технических средств, программного и информационного обеспечения, персонала.

2. Операционные системы решают комплекс различных функциональных задач, к которым относятся:

- управление подготовкой производства;

- управление технико - экономические поставками;

- оперативное управление производством;

- управление кадрами;

- управление финансами и т.д.

3. Операционные системы в зависимости от типа и структуры построения, имеют сложную сеть передачи информации. Среди них различают связи: простая кольцевая, радиально - кольцевая, простая решётчатая, сложная решётчатая, ромбовидная и с перекрёстными связями.

4. Схема подчинённости звеньев операционных систем, как правило. иерархическая, т.е. в системе существуют верхние, нижние и промежуточные звенья.

5. Операционные системы имеют общие цели: создание «продукции» с одновременным предоставлением услуг на рынке потребителей.

6. Существование «зоны обслуживания или сегмента рынка для каждой операционной системы.

7.Зависимость показателей функциональной эффективности и ценности от структуры, топологии операционной системы и технологии её функционирования при одновременной глубокой взаимосвязи и характеристик.

Установление управленческих связей в операционной системе. В основе построения операционных систем заложено выделение основного звена - технологии. Технология - это принятый для данного бизнеса метод объединения экономических, человеческих и информационных ресурсов, когда создаётся товар или предоставляется услуга потребителю. Выделение основного звена операционных систем обозначает ввод принципа иерархии в управлении операциями. Все звенья, элементы и процедуры субординированы.

Управление операциями - это традиционно авторитарный процесс, предполагающий цепь команд. В основе построения ОС лежит преобладание роли базовой технологии. Наиболее полно этот принцип реализует функциональный подход. Основа построения ОС - вертикаль.

Горизонтальные связи в управлении операциями играют важную роль, но являются вторичными относительно вертикальных, субординированных законов. Особенно важны горизонтальные связи при управлении операциями в многопрофильных и адаптивных структурах.

Соотношение между горизонтальными и вертикальными связями в построении операционной системы изменяется в случае кризиса и быстрых разрушений. В таких случаях вертикаль какое-то время должна быть самодостаточной. Это обеспечит необходимую концентрацию операционного управления, но в то же время будет перегружать вертикальный уровень и делать его негибким, неадаптированным.

Современные подходы к построению операционных систем. Существуют три подхода к построению операционных систем:

1) функциональный;

2) отраслевой;

3) организационный.

Функциональный подход построен на основе выделения и формализованного описания последовательных или равнозначными функциями, необходимых для получения планируемого результата. Составляющие функционального подхода - это совокупность: обеспечивающих процессов, основных процессов и оформительных процессов.

Функциональная ОС может рассматриваться как особенный вид построения системы операционного менеджмента и одновременно как исходная управленческая модель, на основании которой можно конструировать более конкретные и адаптивные модели управления. Функциональный подход даёт возможность в наглядной форме реализовать методику «вход - выход».

Отраслевой подход допускает, что операционные системы строятся на основании максимального учёта и отображения отраслевой специфики деятельности. Главный критерий отраслевого подхода - это критерий управления основной технологией. Этот подход более рискованный, так как он существенно повышает потенциальные потери от неверных решений, но способствует повышению эффективности управления операциями. Отраслевая ОС. с одной стороны, максимально привязана к конкретным технологиям и операциям и поэтому очень эффективна, но, с другой стороны, она не допускает изменений и поэтому не является адаптивной.

Организационный подход допускает, что технические, функциональные и отраслевые показатели уже учтены в виде некоторых операционных констант. С использованием этих операционных блоков строится система, которая даёт возможность оптимизации и отбора процессов подготовки информации и принятия решений. Организационный подход является наиболее гибким, поскольку настраивает управление операциями, исходя из информационных критериев эффективности управления.

Данная классификация подходов к построению операционных систем является незавершённой и открытой, появление принципиально других подходов вполне вероятна в связи с информатизацией технологий и управления.